伺服控制電流信號檢測技術(shù)研究

李宏亮 張清勇 吝繼鋒

摘? 要：飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗(yàn)主要由加載控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、傳感器等部分組成，控制系統(tǒng)輸出的閥指令為電流信號，因此稱之為伺服控制電流信號，在試驗(yàn)或調(diào)試過程中，因人為或意外等原因?qū)е驴刂葡到y(tǒng)輸出的伺服控制電流信號出現(xiàn)誤差、中斷、反向等故障，目前是通過交叉排除方式進(jìn)行排查，即交叉更換伺服控制線纜、伺服閥、控制通道等一一進(jìn)行排查，高利娃等研制了伺服閥檢測燈，但是采用這種方法檢測只能檢測伺服閥線纜通斷以及閥電流極性，無法精確地檢測到伺服電流信號的大小，以及流經(jīng)線纜時(shí)的損耗。文章針對以上問題設(shè)計(jì)了伺服控制電流檢測裝置，該裝置根據(jù)控制系統(tǒng)的功率、信號輸出范圍、傳輸方式等特點(diǎn)，選擇合適的轉(zhuǎn)接插頭、航空插座、開關(guān)、微型電流表等部件，通過合理的邏輯布局組合實(shí)現(xiàn)伺服控制電流的檢測，最后通過功能驗(yàn)證以及試驗(yàn)應(yīng)用表明伺服控制電流信號檢測裝置設(shè)計(jì)合理，檢測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、使用安全，大大地降低了試驗(yàn)調(diào)試與運(yùn)行中的排故時(shí)間，使試驗(yàn)運(yùn)行效率大幅度提高。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);伺服閥;電流信號;效率

中圖分類號：V216? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0151-04

Abstract： The static/fatigue test of aircraft structure is mainly composed of loading control system， hydraulic servo system， sensor and so on. the valve instruction output by the control system is a current signal， so it is called servo control current signal. In the process of test or debugging， due to human or accident， the servo control current signal output by the control system has some faults， such as error， interruption， reverse and so on. at present， it is checked by means of cross elimination. That is to say， the servo control cable， servo valve， control channel and so on are cross-replaced one by one， and Gao Liwa et al have developed a servo valve detection lamp， but this method can only detect the on-off of the servo valve cable and the polarity of the valve current. It is impossible to accurately detect the size of the servo current signal and the loss when flowing through the cable. In order to solve the above problems， a servo control current detection device is designed in this paper. According to the characteristics of the control system， such as power， signal output range， transmission mode and so on， the device selects suitable components such as transfer plug， aviation socket， switch， micro ammeter and so on. The detection of servo control current is realized by reasonable logical layout combination. Finally， the functional verification and experimental application show that the design of servo control current signal detection device is reasonable， and the detection results are accurate， reliable and safe to use. The troubleshooting time in test debugging and operation is greatly reduced， and the efficiency of test operation is greatly improved.

Keywords： control system; servo valve; current signal; efficiency

引言

飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗(yàn)是模擬飛機(jī)在實(shí)際飛行和地面滑行時(shí)的不同狀態(tài)下施加載荷，用以檢驗(yàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求的一種試驗(yàn)方法，是飛機(jī)研制過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。通常，結(jié)構(gòu)靜力/疲勞試驗(yàn)主要由主控計(jì)算機(jī)、試驗(yàn)載荷譜、加載控制系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、載荷/位移傳感器、應(yīng)變測量系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件等部分組成[1]。主控計(jì)算機(jī)按照編制好的試驗(yàn)載荷譜對加載控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，加載控制系統(tǒng)驅(qū)動液壓伺服系統(tǒng)對試驗(yàn)件進(jìn)行加載，由應(yīng)變測量系統(tǒng)對試驗(yàn)件上的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和保存。加載控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)載荷控制、位移控制等多種變量進(jìn)行控制。

隨著型號試驗(yàn)的加載點(diǎn)越來越多，使用到的控制通道也隨之增加，在試驗(yàn)調(diào)試和運(yùn)行過程中控制回路的傳感器、傳感器線纜、伺服閥、伺服閥線纜因轉(zhuǎn)接、線路中斷等故障導(dǎo)致試驗(yàn)調(diào)試速率減慢，疲勞試驗(yàn)運(yùn)行效率降低，傳感器輸入信號在協(xié)調(diào)加載控制設(shè)備中可通過載荷反饋直接判定其故障出處，伺服閥輸出信號控制設(shè)備無法監(jiān)視及檢測其傳輸過程是否受到干擾或中斷等信號輸出故障，以往檢測伺服閥輸出信號時(shí)采用交叉更換或紅綠發(fā)光二極管進(jìn)行檢測，采用交叉更換方法往往需要耗費(fèi)較多時(shí)間和物力，而紅綠發(fā)光二極管只能檢測伺服閥線纜通斷以及閥電流極性，無法檢測到伺服電流信號流經(jīng)線纜時(shí)是否有損失，即信號強(qiáng)弱無法檢測[2]。如因線纜本身、外界環(huán)境等因素導(dǎo)致信號傳遞減弱，如若不能及時(shí)排查發(fā)現(xiàn)，將會對試驗(yàn)造成一定的影響。

傳統(tǒng)的這種檢測方法有提升的空間，可以將檢測信號燈設(shè)計(jì)成可視化的電子信號檢測器，使用時(shí)能夠一目了然地看到實(shí)時(shí)傳遞的伺服電流輸出信號，以此來判斷伺服閥電流傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。本文對伺服閥信號故障進(jìn)行分析與研究并設(shè)計(jì)了伺服控制電流型號檢測裝置，當(dāng)控制設(shè)備給出閥指令而現(xiàn)場液壓作動筒動作與命令不匹配時(shí)可快速檢測閥輸出電流信號，判定伺服電流信號是否存在故障，出現(xiàn)信號被干擾或中斷等問題，以此提高試驗(yàn)加載的準(zhǔn)確性和高效性。

1 基本原理

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)控制回路如圖1所示，從圖中可以看出伺服控制電流信號故障檢測點(diǎn)共①②③三處，即協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)輸出端、轉(zhuǎn)接面板輸出端、伺服閥線纜接頭處。為達(dá)到檢測目的需設(shè)計(jì)一種可視化電流信號檢測器，能夠檢測不同接口的伺服控制電流信號。因控制系統(tǒng)輸出信號為電流型伺服控制信號，信號輸出范圍是-40mA～40mA[3]，可利用微型可視化數(shù)字直流電流表、信號轉(zhuǎn)換接頭、電源、信號開關(guān)、航空插頭（檢測①②處輸出信號）、航空插座（檢測③處輸出信號）等組成伺服控制電流信號檢測裝置，通過插頭對接的方式檢測伺服控制電流的大小，以此快速判斷伺服電流控制信號線纜通斷、閥電流的方向與極性，且具備實(shí)時(shí)顯示功能。

2 設(shè)計(jì)方案

伺服控制電流輸出信號的連接方式如圖2。從圖中可以看出伺服閥與控制系統(tǒng)通過伺服閥線纜與轉(zhuǎn)接面板相連接[4]。連接方式是：協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)→控制系統(tǒng)輸出接頭→轉(zhuǎn)接面板接頭→伺服閥線纜插頭→伺服閥，伺服控制電流信號檢測裝置要檢測的是控制系統(tǒng)輸出端和轉(zhuǎn)接面板輸出端的B、E接頭，以及伺服閥對接口輸出端的A、B或C、D接頭，根據(jù)設(shè)計(jì)原理及試驗(yàn)需求，選用微型直流電流表（電流表經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)標(biāo)檢，型號為DC200mA DC 9-12V）檢測電流信號，根據(jù)實(shí)際使用的轉(zhuǎn)接插頭類型，將伺服控制電流信號檢測裝置的檢測接頭分為兩種，一種是MS3106A16S-8P型五芯插頭用以檢測控制系統(tǒng)輸出端和轉(zhuǎn)接面板輸出端的B、E，另一中是MS3102A14S-2P型四芯插座用以檢測伺服閥對接口輸出端的A、B或C、D。

伺服控制電流信號檢測裝置設(shè)計(jì)框圖如圖3所示，伺服控制電流信號檢測裝置與被檢測接頭對接方式如圖4所示，當(dāng)需要檢測控制系統(tǒng)的伺服信號輸出和轉(zhuǎn)接面板伺服信號輸出時(shí)，將示意圖中的五芯插頭插到對應(yīng)插座上，讀取閥電流信號，當(dāng)需要檢測伺服閥線纜信號輸出時(shí)，將伺服閥線纜插頭插到示意圖中的四芯插座上，讀取閥電流信號，以此來判斷閥電流輸出是否正確。

具體檢測方法為：當(dāng)控制系統(tǒng)輸出正向伺服控制電流信號時(shí)，電流表顯示閥電流為正值，當(dāng)控制系統(tǒng)輸出負(fù)向伺服控制電流信號時(shí)，電流表顯示電流為負(fù)值。以此判斷伺服控制電流信號極性是否正確，即線纜輸出接頭順序是否正確。

當(dāng)伺服控制回路不通或短路時(shí)，電流表顯示值為0。

當(dāng)控制系統(tǒng)輸出正向伺服控制電流信號時(shí)，電流表顯示電流為正值且其值接近控制設(shè)備的理論輸出值，當(dāng)控制系統(tǒng)輸出負(fù)向伺服控制電流信號時(shí)，電流表顯示電流為負(fù)值其值接近控制設(shè)備的理論輸出值[5]。如果電流表顯示電流值與理論值相差較大或顯示閥電流方向相反則表明伺服控制輸出回路有故障。

3 功能驗(yàn)證與應(yīng)用

3.1 功能驗(yàn)證

根據(jù)設(shè)計(jì)方案組成伺服控制電流信號檢測裝置實(shí)物圖如圖5所示，通過對圖6中的控制系統(tǒng)輸出端、轉(zhuǎn)接面板及伺服閥線纜接頭進(jìn)行功能驗(yàn)證，結(jié)合控制設(shè)備通道配置測試了以下五種情況，結(jié)果見表1、表2及圖7所示。

從表1結(jié)果中可以看出斷開輸出信號與短接輸出信號時(shí)結(jié)果均為0mA，表明該通道伺服控制電流信號在傳輸過程中已斷開或短路[6]。

表2表明該通道的伺服控制電流輸出信號穩(wěn)定，線路傳輸基本無損耗。

3.2 試驗(yàn)應(yīng)用

飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度靜力/疲勞試驗(yàn)?zāi)壳爸饕捎玫氖撬欧刂葡到y(tǒng)，伺服控制信號導(dǎo)致的故障均可以使用該裝置進(jìn)行檢測，例如在某型號的全機(jī)疲勞試驗(yàn)運(yùn)行中，5#加載點(diǎn)在給出指令時(shí)液壓作動筒未按指令進(jìn)行動作，經(jīng)檢查傳感器信號反饋、液壓動力[7]、信號線纜等均正常，使用伺服控制電流信號從伺服閥線纜接頭分段檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)該伺服閥線纜內(nèi)部已被壓斷，外表無明顯變化，該裝置快速的排查了故障出處，并進(jìn)行更換線纜，試驗(yàn)快速正常運(yùn)行，在某型號靜力試驗(yàn)調(diào)試時(shí)，控制系統(tǒng)給出16#加載點(diǎn)正指令，現(xiàn)場對應(yīng)作動筒向相反方向動作，經(jīng)檢測后發(fā)現(xiàn)伺服控制信號接頭反接導(dǎo)致。

4 結(jié)果

該裝置在檢測過程中主要針對目前所使用伺服閥檢測燈的不足，通過新的方法與思路設(shè)計(jì)伺服控制電流檢測裝置，通過功能測試與應(yīng)用表明該裝置測試結(jié)果準(zhǔn)確，其可視化功能具有直接顯示伺服控制電流信號大小的優(yōu)點(diǎn)，可快速定位故障原因與出處，在應(yīng)用中能快速排查故障，提高了試驗(yàn)的運(yùn)行效率。

5 結(jié)論

在實(shí)際工作中，伺服控制電流信號檢測裝置應(yīng)用非常廣泛有效，特別適用于加載點(diǎn)較多的試驗(yàn)調(diào)試過程中，有效的提高了試驗(yàn)調(diào)試效率，為后續(xù)正式試驗(yàn)提供了更多的寶貴時(shí)間，因此從該裝置的設(shè)計(jì)、功能驗(yàn)證以及應(yīng)用可以得出以下結(jié)論：（1）伺服控制電流檢測裝置操作簡便，電路設(shè)計(jì)符合應(yīng)用原理且電子元器件使用少。（2）可直接輸出檢測伺服控制電流信號的極性方向以及大小，具有可視化的優(yōu)點(diǎn)。（3）快速檢測故障位置且定位準(zhǔn)確。（4）檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，穩(wěn)定性強(qiáng)，在伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度靜力/疲勞試驗(yàn)中可廣泛使用。

參考文獻(xiàn)：

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